Zubereitung von Warmwasser

Dr. Engin Bagda

Einleitung

Der Verbrauch und das Bereitstellen von Warmwasser ist ein wesentlicher Teil des Energieverbrauchs im privaten Bereich.

Es gibt verschiedene Annahmen zum Wärmeverbrauch der Warmwasserzubereitung.  Einer davon ist pro Tag und Person 50 Liter Warmwasser mit einer Temperatur von 55 °C. Von dieser Annahme kann der Wärmeverbrauch in kWh/Tag für die Warmwasserzubereitung berechnet werden (siehe Anhang 1). Bei 10 kWh/Tag für das Nutzen und Bereitstellen von Warmwasser sind das im Jahr 3650 kWh, was für die meisten 2 bis 4 Personenhaushalte zutrifft.  Bei 0,10 EURO/kWh Gas wären das 365 EURO im Jahr!

Es wird unten erklärt und an einem Beispiel gezeigt, wie durch Steuerung der Warmwasserzirkulation Energie eingespart werden kann.

Wie Sparen

Das Zubereiten von Warmwasser an der Zapfstelle mit einem Durchlauferhitzer ist die sparsamste Methode. Hier entfallen Wärmeverluste vom Warmwasserkessel sowie der Zuleitung zur Zapfstelle. Bei der Zubereitung von Warmwasser mit Durchlauferhitzern, kann nur Energie gespart werden, wenn weniger Warmwasser verbraucht wird, was hier nicht weiter thematisiert werden soll.

Wird das Warmwasser zentral in einem Kessel über eine Warmwasserzirkulation bereitgestellt, gibt es verschiedene Möglichkeiten um Energie zu sparen.

Die einfachste Möglichkeit wäre, die Temperatur vom Warmwasser im Kessel zu senken. Das ist mit der Gefahr der Bildung von Legionellen verbunden. Legionellen Wachsen ab 20 °C Wassertemperatur und haben ihr optimales Wachstum bei 35 °C bis 37 °C. Bei Temperaturen ab 45 °C vermehren sie sich langsamer, ab 50 °C wird die Vermehrung wirksam gehemmt, oberhalb von 60 °C sterben sie ab (siehe energiesparen-warmwasser-dvgw-langfassung.pdf. Deshalb wird empfohlen die Temperatur im Warmwasserbehälter bei 55 °C zu halten.

Deshalb sollte mit Absenkung der Temperatur des Warmwassers unter 55°C nicht Energie gespart werden. Die Kessel für das Warmwasser sind recht gut isoliert und der Wärmeverlust an diesem ist nicht so groß wie die Wärmeverluste in der Warmwasserzirkulation.

Wärmeverluste bei der Warmwasserzirkulation   

Mit der Warmwasserzirkulation wird Warmwasser an der Zapfstelle bereitgestellt, damit bei Nutzung sofort das Warmwasser zur Verfügung steht.

Freiliegende Rohre für die Warmwasserzirkulation sind im Regelfall mit 13 mm und dickerem Schaustoffen isoliert. Hier sind die Wärmeverluste überschaubar gering.

Sind die Rohre unter Putz verlegt, sind sie im besten Fall mit 6 mm dicken PE-Schaum isoliert (siehe Abbildung 1). Hier entsteht der wesentliche Teil der Wärmeverluste (siehe Anhang 2).

Abbildung 1: Thermische Isolation für Warmwasserrohre Unterputz aus 6 mm PE-Schaum

Sparen bei der Warmwasserzirkulation

Die Idee ist, das Warmwasser nur dann zu zirkulieren, wenn es gebraucht wird. In der übrigen Zeit kühlt das Wasser in den Zuleitungen unter 20 °C ab und Legionellen vermehren sich, wenn überhaupt, nur langsam. Wird Warmwasser gebraucht, wird die Umlaufpumpe für die Warmwasserzirkulation angeschaltet und die Warmwasserrohre werden mit 55 °C heißem Wasser „gespült“, was bereits zum Absterben der Legionellen führt.

Diese Vorgehensweise ist mit einem Restrisiko mit Befall von Legionellen verbunden, das jeder für sich selber entscheiden muss. Hierzu gibt es viele Informationen im Internet.

Wie viel kann mit der bedarfsgesteuerten Warmwasserzirkulation gespart werden

Die Nutzung des Warmwassers ist sehr individuell und unterschiedlich von Haushalt zu Haushalt. Der Verbrauch an Warmwasser kann bestimmt werden, in dem in den Sommermonaten, wenn die Heizung abgeschaltet ist, der Wärmeverbrauch ermittelt und durch die Anzahl der Tage dividiert wird. Bei dem hier untersuchten 2-Familienhaus mit 5 Personen war über 2 Sommer der Energieverbrauch für die Zubereitung und Bereitstellung von Warmwasser über 24 Stunden mit einer Warmwasserzirkulation 16 kWh/Tag. Das Warmwasser wurde in einem 200 Liter Kessel über die Gasheizung auf 55°C beheizt.

Die Pumpe für die Warmwasserzirkulation wurde an eine Zeitschaltuhr angeschlossen und bei Bedarf an Warmwasser diese für 15 Minuten in Betrieb gesetzt. In den folgenden 3 Sommer war der Energieverbrauch für das Warmwasser nur noch 7 kWh/Tag. Was der rechnerischen Ersparnis in Anhang 2 entspricht.

Das sind etwa 10 kWh/Tag an Ersparnis am Gas und bei einem Gaspreis von 0,10 EURO/kWh über das Jahr etwa 365 EURO.

Stromverbrauch
Wie jede Pumpe verbraucht auch eine Pumpe für die Warmwasserzirkulation Strom. Der Stromverbrauch einer modernen Warmwasserpumpe für 1 und 2 Familienhäuser ist in der Größenordnung von 5 bis 10 W. Bei einem Betrieb von 24 Stunden wären das pro Jahr 0,01 W * 24 Stunden * 365 Tage * 0,35 EUR/kWh = 30 EURO/Jahr. Bei 4 x 15 Minuten einschalten der Zeitschaltuhr reduziert sich dieser auf einen einstelligen EURO-Betrag.

Ältere Pumpen haben eine höhere Leistung, weshalb hier die Nutzung einer Zeitschaltuhr eine größere Einsparung bewirkt. Besser ist jedoch eine moderne Zirkulationspumpe zu nutzen.

Anhang 1
Wärmebedarf für das Heizen von 50 Liter Wasser auf 55°C
Wasser hat eine Wärmekapazität von 0,0016 kWh/kg/K. Die Temperatur von Leitungswasser hat in Deutschland im Mittel 15°C. Demnach müssen für die Zubereitung von 50 Liter Wasser

0,00116 kWh/kg/K * (55°C-15°C) * 50 kg (Liter) = 2,32 kWh/Person/Tag aufgebracht werden. Bei einem Haushalt mit 3 oder 4 Personen sind das etwa 10 kWh/Tag, oder 3650 kWh im Jahr.

Anhang 2
Wärmeverluste an Warmwasser führenden Rohren unter Putz
Die Wärmeleitfähigkeit des PE-Schaumes für die Thermische Isolation von Rohren ist λ=0,035 W/m/K.

Bei einer Dicke von 6 mm ist der Wärmedurchlasswiderstand R = Dicke d [m] / Wärmeleitfähigkeit λ [W/m/K] = 0,006 [m] / 0,035 [W/m/K] = 0,171 [m²/W/K].

Beträgt die Temperatur in der Wand 20°C und die Temperatur des Wassers 55°C so ist der
Wärmestrom Q [W/m²] = Temperaturdifferenz ΔT [K] / R [m²/W/K] = 35 [K] / 0,171 [m²/W/K] = 204 W/m².

Die Außenfläche eines warmwasserführenden Rohres mit 18 mm Innendurchmesser und 6 mm PE-Wärmeisolation ist auf 1 m Länge: (6+18+6) ·10^-3·3,1416·1= 0,094 m². Damit wäre auf 1 m Rohrlänge mit einem Durchmesser von 18 [mm] bezogen, bei einer Temperaturdifferenz von ΔT = 35 [K], der Wärmestrom Q[W/m²] = 204 [W/m²] · 0,094 [m²] = 19 [W/m] = 0,019 [kWh/m].

Bei 20 [m] Rohrlänge wären das etwa 0,4 kWh, bezogen auf den Tag 10 [kWh/Tag] und auf das Jahr 3600 [kWh/Jahr]. Diese Zahl wird in der Praxis niedriger sein, da in den angenommenen 20 [m] Rohrleitung das Warmwasser sich beim Rücklauf bis auf 40°C abkühlt und somit der Wärmeverlust etwa auf 3000 [kWh/Jahr] reduziert, was dem Beispiel oben entspricht.